CN105137282A - 基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，包括以下步骤：以断路器为中心，确定与该断路器相关的电气元件和后备保护功能，将这些后备保护功能纳入到同一台保护装置内完成；确定哪些保护装置之间需要交互故障方向信息，以及故障方向信息交互的方式；当故障发生后，对故障方向信息进行比较，根据故障方向信息的比较结果判断故障所在位置；确定后备保护的动作策略。本发明有益效果：精简了后备保护的数量，简化了后备保护的配合关系，同时简化了断路器的控制回路，提高了二次系统工作的可靠性；能够在故障发生后快速、可靠的确定故障位置，提高后备保护动作的快速性和可靠性。

Description

基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统保护技术领域，尤其涉及一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法。

背景技术

在目前的电力系统中，保护装置是以电气元件为对象进行配置的，在实现方式上大多采用主保护、后备保护一体化的成套装置。例如，有分别针对输电线路、变压器、母线等电气元件的线路成套保护，变压器成套保护和母线成套保护。上述保护配置方案和工作模式沿用多年，为确保电网的安全稳定运行提供了重要保障。但上述方案和模式也存在一定的不足，主要体现在以下几个方面：

(1)以电气元件为对象进行保护配置的方案较为复杂，所需的保护装置数量也较多，降低了保护系统工作的可靠性，增加了保护装置的维护、检修工作量；

(2)各保护装置之间相对独立，相邻电气元件的保护装置之间有时难以有效的配合；

(3)由于按电气元件为对象进行保护配置，使得一台断路器可能对应着多个保护装置的操作回路，导致二次接线复杂，降低了二次系统的可靠性。

此外，在实际电力系统中，当发生故障后主要依靠主保护完成故障的判断和隔离，后备保护只是在主保护拒动、断路器失灵等异常情况下才会动作，大多数情况下是主保护的一个补充，因此在实际电力系统中出现了重主保护、简化后备保护的发展趋势。

目前的微机保护装置大多为成套装置，即将主保护和后备保护功能纳入到同一台保护装置中，这样在加强主保护配置的同时必然也加强了后备保护的配置，这不但不符合简化后备保护配置的发展潮流，更重要的是后备保护之间的配合关系变得更加复杂，在某些情况下会降低后备保护系统工作的可靠性。

目前的后备保护功能在实现原理上，一般都采用基于本地电气量的距离保护和过流保护原理，为保证保护的选择性和可靠性，需要进行较为复杂的定值整定，在动作延时方面采用阶梯时限的配合原则，存在着保护配合复杂、动作延时较长等问题，在某些情况下甚至存在着后备保护误动或拒动等较为严重的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，该方法不再以电气元件为中心来配置保护功能，而是以断路器为中心，将与该断路器相关的全部后备保护功能集中在一台保护装置内完成，采用基于故障方向的纵联比较保护原理，对故障位置的判断更加快速、可靠，有利于简化后备保护之间的配合，缩小故障停电的范围，提高后备保护系统的性能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，包括以下步骤：

第一步：以断路器为中心，确定与该断路器相关的电气元件和后备保护功能，即确定哪些电气元件发生故障后必须断开该断路器，以及这些电气元件对应的后备保护功能，将这些后备保护功能纳入到同一台保护装置内完成；

第二步：后备保护采用基于故障方向纵联比较的原理，确定哪些保护装置之间需要交互故障方向信息，以及故障方向信息交互的方式；

第三步：当故障发生后，相关保护装置根据事先确定的故障信息交互对象和交互方式，对故障方向信息进行比较，根据故障方向信息的比较结果判断故障所在位置；

第四步：根据判断得到的故障位置结果，确定后备保护的动作策略。

所述第二步中的故障方向信息，是指故障发生后，保护装置基于安装位置处的电压和电流信息，对故障电流的方向的判断结果。

所述第三步中的对故障方向信息进行比较的具体方法为：

当有故障发生后，如果某保护装置判断为正向故障，则与正方向处的保护装置交互故障方向信息，如果正方向处的保护装置均判断为正方向故障，表明故障位于正向的被保护对象上，否则认为位于正向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。

所述第三步中的对故障方向信息进行比较的具体方法为：

如果某保护装置判断为反向故障，则与反方向处的保护交互故障方向信息，如果反方向处的保护装置均判断为反方向故障，表明故障位于反向的被保护对象上，否则认为位于反向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。

所述正方向为由母线指向线路或其它电气元件的方向。

所述第四步中确定后备保护动作策略的方法具体为：

如果判断故障位于被保护线路上，后备保护需要与该线路的主保护、线路对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时；

如果判断故障位于被保护的母线上，后备保护需要与该母线的主保护、母线对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时。

本发明的有益效果是：

1.后备保护的配置与主保护相对独立，可以根据电力系统对后备保护的要求以及后备保护的自身特点配置后备保护；

2.精简了后备保护的数量，简化了后备保护的配合关系，同时简化了断路器的控制回路，提高了二次系统工作的可靠性；

3.后备保护采用故障方向纵联比较原理，能够在故障发生后快速、可靠的确定故障位置，提高后备保护动作的快速性和可靠性；

4.以断路器为中心的后备保护配置方案能够将多个电气元件的后备保护功能集中到一台保护装置中实现，有助于简化保护系统和二次回路，同时便于实现不同电气元件后备保护功能之间的配合。

附图说明

图1是本发明实施例系统示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种基于故障方向纵联比较原理的线路母线一体化后备保护方法，该方法不再以电气元件为中心来配置保护功能，而是以断路器为中心，将与该断路器相关的全部保护功能集中在一台保护装置内完成。

这里所说的与该断路器相关的意思是无论哪个电气元件故障，都需要断开该断路器才能完成故障隔离。相比传统的后备保护配置方式而言，相当于把输电线路和母线二者的后备保护功能集中到一台保护装置内完成，该配置方案为实现主保护、后备保护的独立配置提供了可能，符合现代电网保护功能配置的发展趋势，也使得后备保护功能的配置更加合理、科学。在后备保护工作原理方面，采用基于故障方向的纵联比较保护原理，对故障位置的判断更加快速、可靠，有利于简化后备保护之间的配合，缩小故障停电的范围，提高后备保护系统的性能。

具体包括如下步骤：

第一步：以断路器为中心，确定与该断路器相关的电气元件和后备保护功能，即确定哪些电气元件发生故障后必须断开该断路器，以及这些电气元件对应的后备保护功能，将这些后备保护功能纳入到同一台保护装置内完成；

第二步：后备保护采用基于故障方向纵联比较的原理，确定哪些保护装置之间需要交互故障方向信息，以及故障方向信息交互的方式；

第三步：当故障发生后，相关保护装置根据事先确定的故障信息交互对象和交互方式，对故障方向信息进行比较，根据故障方向信息的比较结果判断故障所在位置；

第四步：根据判断得到的故障位置结果，确定后备保护的动作策略，即与哪些电气元件的主保护配合，动作延时如何确定等，为保护区内的故障提供快速性好、可靠性高的后备保护功能。

所述第二步中的故障方向信息，是指故障发生后，保护装置基于安装位置处的电压和电流信息，对故障电流的方向进行判断的结果。

将母线指向线路或其它电气元件的方向定义为正方向，将线路或其它电气元件指向母线的方向定义为反方向。因此故障方向反应了故障电流的流向，与故障位置有关。

所述第三步中的对故障方向信息进行比较，是指当有故障发生后，如果某保护装置判断为正向故障，则与正方向处的保护装置交互故障方向信息，如果正方向处的保护装置均判断为正方向故障，表明故障位于正向的被保护对象上，否则认为位于正向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。同理，如果某保护装置判断为反向故障，则与反方向处的保护装置交互故障方向信息，如果反方向处的保护装置均判断为反方向故障，表明故障位于反向的被保护对象上，否则认为位于反向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。

所述第四步中的后备保护策略，是指如果判断故障位于线路上，后备保护需要与线路主保护、线路对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时；如果判断故障位于母线上，后备保护需要与母线主保护、母线对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时。

图1中的字母A-D表示母线，L表示输电线路，数字表示断路器。由于保护装置一般都安装在断路器处，故保护装置和断路器均用相同的数字表示。以断路器2和安装在该处的保护装置2为例来说明本发明的后备保护配置方案和工作原理。

首先确定保护对象。对断路器2而言，当线路L1和母线B发生故障时，该断路器必须断开才能切除故障，所以该处保护装置2的保护对象为L1和母线B，可以将线路L1和母线B的后备保护功能集中到保护2中完成。需要说明的是，本发明只考虑近后备保护功能，不考虑远后备保护功能，所以保护2的保护范围仅限定为线路L1和母线B，不包含相邻的线路和母线。

其次要根据保护对象确定故障方向信息的交互范围。如果要为线路L1提供后备保护功能，保护装置2需要与保护装置1交互故障方向信息；如果要为母线B提供后备保护功能，保护装置2需要与保护装置3、保护装置4交互故障方向信息。

当故障发生后，保护装置2根据采集到的安装位置处的电压和电流，对故障方向进行判断。如果判为正向故障，说明故障位于保护装置2的正方向处，此时保护装置2按照预设的信息交互对象，与保护装置1交互故障方向信息。如果保护装置1也判断为正方向故障，说明故障点位于线路L1上，保护2装置应与线路L1的主保护动作时间、断路器1、2的动作时间配合，确定相应的动作延时，如果在动作延时以内故障消失，说明故障已经被隔离，保护装置2返回，如果到了动作延时故障仍然存在，保护装置2立即动作，跳开断路器2并联跳对侧的断路器1，完成保护功能；如果保护装置1判断为反方向，说明故障位于线路L1的左侧，属于保护区外故障，闭锁保护装置2不动作。

如果保护装置2判断发生了反向故障，说明故障位于保护装置2的反方向处，此时保护装置2按照预设的信息交互对象，与保护装置3和保护装置4交互故障方向信息，以判断故障点是否位于母线B上。如果保护装置3和保护装置4均判为反向故障，说明故障点位于母线B上，此时保护装置2应与母线B的主保护动作时间以及断路器2、3、4的动作时间配合，确定相应的动作延时，如果在动作延时以内故障消失，说明故障已经被隔离，保护装置2返回，如果到了动作延时故障仍然存在，保护装置2立即动作，跳开断路器2、3和4，完成保护功能；如果保护装置3和保护装置4有任意一个判断为正向故障，说明故障位于母线B的右侧，属于保护区外故障，闭锁保护装置2不动作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步：以断路器为中心，确定与该断路器相关的电气元件和后备保护功能，即确定哪些电气元件发生故障后必须断开该断路器，以及这些电气元件对应的后备保护功能，将这些后备保护功能纳入到同一台保护装置内完成；

第二步：后备保护采用基于故障方向纵联比较的原理，确定哪些保护装置之间需要交互故障方向信息，以及故障方向信息交互的方式；

第三步：当故障发生后，相关保护装置根据事先确定的故障信息交互对象和交互方式，对故障方向信息进行比较，根据故障方向信息的比较结果判断故障所在位置；

第四步：根据判断得到的故障位置结果，确定后备保护的动作策略。

2.如权利要求1所述的一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，所述第二步中的故障方向信息，是指故障发生后，保护装置基于安装位置处的电压和电流信息，对故障电流的方向的判断结果。

3.如权利要求1所述的一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，所述第三步中的对故障方向信息进行比较的具体方法为：

当有故障发生后，如果某保护装置判断为正向故障，则与正方向处的保护装置交互故障方向信息，如果正方向处的保护装置均判断为正方向故障，表明故障位于正向的被保护对象上，否则认为位于正向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。

4.如权利要求1所述的一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，所述第三步中的对故障方向信息进行比较的具体方法为：

如果某保护装置判断为反向故障，则与反方向处的保护交互故障方向信息，如果反方向处的保护装置均判断为反方向故障，表明故障位于反向的被保护对象上，否则认为位于反向的被保护对象以外，是区外故障，闭锁保护不动作。

5.如权利要求3或4所述的一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，将母线指向线路或其它电气元件的方向定义为正方向，将线路或其它电气元件指向母线的方向定义为反方向。

6.如权利要求1所述的一种基于故障方向纵联比较的线路母线一体化后备保护方法，其特征是，所述第四步中确定后备保护动作策略的方法具体为：

如果判断故障位于被保护线路上，后备保护需要与该线路的主保护、线路对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时；

如果判断故障位于被保护的母线上，后备保护需要与该母线的主保护、母线对应的断路器动作时间配合，确定合理的动作延时。